被动式直接甲醇燃料电池膜电极结构、功能和性能

摘要

集成了阴阳极催化剂和质子交换膜的膜电极(MEA)是DMFC发电的核心组件，是反应物和产物的传质、电子传递和转移以及质子传输发生的场所，因此膜电极的结构调控对被动式DMFC性能提高至关重要。本研究针对全被动式DMFC阴极容易水淹问题，设计了阴极具有双扩散层结构的MEA，利用碳材料比表面积和孔结构差异以及憎水剂含量调节，形成了阴极扩散层孔结构和憎水性的梯度分布，有效促进了阴极水的排出和氧气的传输，增强了阴极产生水的反扩散。针对全被动式DMFC阳极甲醇自扩散的有效传质问题，设计了部分有序的阳极扩散层结构。对于DMFC要进一步提升电池性能、降低催化剂Pt用量，就必须最大化M EA内催化剂纳米粒子、电子导体和离子导体的有效接触，最大化三相反应界面;同时，还要实现分子、电子和离子的高效输运，因此，膜电极纳米结构化、有序化研究代表了MEA研发的方向。